基于 CS3000 和金屬管浮子流量計間接測量粉體流量

摘 要 在現(xiàn)場不具備測量條件或無法安裝流量計的情況下，基于 CS3000 系統(tǒng)和金屬管浮子流量計，通過重量的轉(zhuǎn)換，間接實現(xiàn)對固體粉料流量的測量。上海上儀股份公司流量計算過程中，通過金屬管浮子流量計測量實時重量的變化，經(jīng)過微分運算得到實時流量。對流量的運算方式進(jìn)一步改進(jìn)后，避免了由于振動等原因造成的測量誤差，并且實現(xiàn)了流量單位的自由轉(zhuǎn)換，提高了系統(tǒng)的可操作性。

某樹脂裝置新建一套催化劑加料系統(tǒng)，該加料系統(tǒng)將催化劑粉料以氮氣輸送方式連續(xù)送至反應(yīng)器。該套設(shè)備由料倉、上罐和下罐 3 部分組成。上罐為鎖氣罐，下罐為噴吹罐。上罐入口安裝有一臺圓頂閥用于連接料倉，上罐和下罐之間通過兩臺圓頂閥隔斷。噴吹罐底部安裝有一臺旋轉(zhuǎn)給料裝置，該裝置由變頻電機驅(qū)動，根據(jù)下料流量來控制電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)給料自動控制。準(zhǔn)確測量粉料流量是穩(wěn)定輸送催化劑的關(guān)鍵，如果催化劑一次輸送過多，可能造成反應(yīng)器飛溫; 如果輸送催化劑不夠，又需要二次輸送，延誤生產(chǎn)。

1 控制方案

對于固體粉料流量的測量，基于 CS3000 和金屬管浮子流量計的測量系統(tǒng)采用間接測量轉(zhuǎn)化法，將下罐粉料重量的變化量轉(zhuǎn)化為粉料的實際流量，根據(jù)流量的變化實現(xiàn)對變頻電機的控制。重量轉(zhuǎn)化原理是對重量進(jìn)行周期采集，在一個采樣周期內(nèi)，將本次采集值和上個采樣周期的采集值相減，相減的值除以采樣時間即得到瞬時流量值 F:其中，dW 是在一個采樣周期內(nèi)罐體的重量變化值; dT 為采樣時間變化量。由公式可以看出， dW 是與時間有關(guān)的變量，與工藝實際工況有關(guān); dT 代表了采樣精度，時間越短，采樣精度越高，即 dT 越小，dW 變化越快，系統(tǒng)響應(yīng)越快，流量的更新速度越快［1］。 該系統(tǒng)的實際重量與流量的采樣周期的非常小值可以按以下方式估算:非常終得到的非常小采樣周期為 1． 2s，由于 DCS系統(tǒng)一般為整數(shù)，故采樣周期可以根據(jù)實際情況在 1 ～ 2s 內(nèi)浮動設(shè)定。

2 控制系統(tǒng)組態(tài)

樹脂裝置控制系統(tǒng)采用 CS3000 系統(tǒng)。由于CS3000 系統(tǒng)默認(rèn)掃描和控制周期為 1s，故采樣周期的非常小值Tmin采用系統(tǒng)默認(rèn)時間 1s。由瞬時流量公式可以看出，重量的變化值除以相對時間的變化值，其實質(zhì)可以看作是對該段時間重量進(jìn)行微分計算。如圖 1 所示，實現(xiàn)方法可以在 CS3000系統(tǒng)內(nèi)將重量的 PV 值送到 LD 微分塊中，微分塊計算輸出 CPV 就是當(dāng)前流量［2］。

LD 的調(diào)整參數(shù)中，GAIN 取默認(rèn)值 1． 00，微分時間設(shè)為 1s。由于 CS3000 系統(tǒng)默認(rèn)掃描控制周期為 1s，在LD 塊中每一秒都會對重量進(jìn)行采集并輸出計算結(jié)果，過小的運算掃描時間可能會因為現(xiàn)場電機振動等產(chǎn)生的瞬間重量波動對LD 塊輸出產(chǎn)生影響。所以，如果僅采用微分塊的計算結(jié)果輸出到 PID 控制回路，可能會因瞬間流量波動，不能很好地控制變頻器的轉(zhuǎn)速。因此，在以上控制方案的基礎(chǔ)上，需要增加一個可以手動設(shè)置采樣時間的程序。采樣時間由操作員手動設(shè)置，可以避免重量的瞬間波動對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

批量數(shù)據(jù)采集塊 BDA-L 用來存儲不同時刻的重量變化，將第 1 個采樣時間的重量存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū)DT01 中，第 2 個采樣時間的重量變化存放在 DT02 中。計算塊 FEED-LD 和順控表 FEED-ST 塊用來判斷條件和執(zhí)行流量運算，其中計算塊 FEED-LD 的程序代碼

如下［3］:

PＲOGＲAM

ALIAS A FEED-ACQUA． DT01

ALIAS B FEED-ACQUA． DT02

ALIAS C WI-001． PV

ALIAS D FEED-TM

IF( D = = 1) THEN

A = C ! 將金屬管浮子流量計當(dāng)前 PV 值賦給批量數(shù)據(jù)采集塊數(shù)據(jù)存儲區(qū) 01

END IF

IF( FEEDSW． PV = = 0) THEN

B = C ! 將金屬管浮子流量計當(dāng)前 PV 值賦給批量數(shù)據(jù)采集塊數(shù)據(jù)存儲區(qū) 02 CPV = ( A － B) /D ! 將兩個采樣重量相減后除以采樣時間，輸出結(jié)果

順控表的執(zhí)行選擇 TC 方式，計算塊選擇周期執(zhí)行，計時器計時上限 PH 設(shè)置采樣時間，上位機保留更改計時器PH 的輸入端口。

在順控表FEED-ST 塊中，利用一個公共開關(guān) FEEDSW 來判斷采樣時間是否達(dá)到，當(dāng)采樣時間到時開關(guān)為 0，此時執(zhí)行計算塊中滿足 IF 語句的條件，計算塊的輸出 CPV 為采樣周期內(nèi)的流量，順控表中執(zhí)行步號由A2 跳轉(zhuǎn)為 A1，將公共開關(guān) FEEDSW 置 1，同時重啟計時器 FEED-TM。

通過以上運算計算塊輸出的流量，所得數(shù)據(jù)單位為 kg /s。但工藝實際操作流量顯示單位為kg /h，需要進(jìn)行時間單位換算，將計算塊的輸出CPV 乘以 3 600 即可實現(xiàn)［4］?？紤]到觀察方便、可操作因素，用數(shù)據(jù)設(shè)定塊實現(xiàn)單位換算，當(dāng)需要顯示每小時或每個班次( 8h) 的流量時，可以通過數(shù)據(jù)設(shè)定塊輸入不同的數(shù)值實現(xiàn)單位切換，這樣在需要更換時間時，免去了對系統(tǒng)進(jìn)行在線下裝的步驟。如需要每小時的流量，將數(shù)據(jù)設(shè)定塊 SV設(shè)為 3 600。乘法塊MUL 將計算塊的輸出 CPV和數(shù)據(jù)設(shè)定塊輸出相乘，實現(xiàn)單位的轉(zhuǎn)換。

非常后，系統(tǒng)運算的流量作為催化劑連續(xù)加料變頻器控制回路的測量值，輸入到 PID 塊的 IN 端，實現(xiàn)整個回路閉環(huán)控制。

3 結(jié)束語

對于氣體和固體粉料流量的測量，可以通過多種方式實現(xiàn)。在這套裝置中，以測量重量的變化，實現(xiàn)了對流量的間接測量。考慮到由于輸送過程中電機振動、重量瞬間波動等因素，將重量的微分運算更改為手動運算，避免了由于采樣時間過小造成流量的大幅波動。上海上儀股份公司由于采樣時間單位為s，運算后流量的顯示單位為 kg /h，通過手動設(shè)置時間，可以在小時、班次( 8h) 等時間切換，方便了工藝操作員進(jìn)行觀察和操作。